材料强度学晶界与强化.pptx

;材料强度： 表征材料承载能力 的力学性能指标。是材料对变形和断裂的抗力。;强度;钢和黄铜的强度－硬度关系（选自美国Metal Handbook第九版第一卷）;强度：;Graphite;研究材料变形与断裂行为及其与应力、环境等外部因素的关系，探明变形与断裂行为的微观机制，并建立变形与断裂定量理论。;强度;点缺陷;位错的运动与晶体塑性;埃贡·欧罗万（Egon Orowan）;剪切应力的存在是塑性变形得以发生的最基本因素。;刃型位错;攀移;面缺陷：二维尺寸;晶界：两个空间位向不同的相邻晶粒之间的界面。(是单晶体区别与多晶体的主要特征) 晶界的特性： 晶界原子排列混乱、缺陷和杂质原子多、能量高； 晶界上原子扩散速度较快； 晶界对位错运动有阻碍作用； 晶界易产生氧化、局部熔化和腐蚀等； 晶界的原子混乱排列和高能量有利于固态相变的形核。 ;晶界分类： 大角度晶界： 晶粒位向差大于10度的晶界。其结构为几个原子范围内的原子的混乱排列，可视为一个过渡区。;小角度晶界： 晶粒位向差小于10度的晶界。其结构为位错列，又分为对称倾侧晶界和扭转晶界。;亚晶界： 位向差小于1度的亚晶粒之间的边界。为位错结构。 晶粒的平均直径通常在0.015—0.25mm范围内，而亚晶粒的平均直径则通常为0.001mm的范围内;孪晶界： 两块相邻孪晶的共晶面。分为共格孪晶界和非共格孪晶界。;晶粒之间变形的传播过程： 位错在晶界塞积; 应力集中; 相邻晶粒位错源开动; 相邻晶粒变形; 宏观塑性变形。 ;多晶体塑性变形总是一批一批晶粒逐步地发生，从少量晶粒开始逐步扩大到大量的晶粒，从不均匀变形逐步发展到比较均匀的变形。;晶粒之间变形的协调性 原因：各晶粒之间变形具有非同时性。 要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导致 晶体分裂） 条件：独立滑移系?5个。（保证晶粒形状的自由变化）;晶粒大小与性能的关系： 晶粒越细，强度越高(细晶强化：Hall-Petch 公式可知) ?s=?0+kd-1/2;此外，晶粒越细，应力集中小，裂纹不易萌生；晶界多，裂纹不易传播，在断裂过程中可吸收较多能量,表现出高韧性。 故细化晶粒是同时提高材料强度、塑性和韧性的有效手段（高温性能除外），受到广泛重视。;Hall－Petch 公式的位错模型 ?s=?0+kd-1/2;位错塞积模型 基本思路：晶界位错塞积－应力集中－达到某临界值－相邻晶粒屈服－相邻晶粒位错源开动－滑移从一个晶粒传播到另一个晶粒。;进一步实验证明，霍尔—佩奇公式适用性甚广，如： 1、亚晶粒大小或两相片状组织的层片间距对屈服强度的影响 2、塑性材料的流变应力与晶粒大小之间的关系 3、脆性材料的脆断应力与晶粒大小的关系 4、金属材料的疲劳强度、硬度与其晶粒大小的关系一般在室温使用的结构材料都希望获得细小而均匀的晶粒。因为细晶粒不仅使材料具有较高的强度、硬度，而且也使它具有良好的塑性和韧性，即具有良好的综合力学性能;进一步实验证明，霍尔—佩奇公式适用性甚广，如：该集中应力（即S）达到 使滑移位错对钉扎的原子气团解钉的临界应力SSC时，晶体将发生屈服； 使相邻晶粒内的位错源开动的临界应力SfC时，晶体将发生塑性流变； 使邻近某处的微裂纹开始扩展的临界应力SCC时，晶体将发生解理断裂； 微孔聚合的临界应力SbC时，晶体将发生塑性断裂。 ;晶界位错模型 基本思路：晶界上存在台阶或坎－故晶界本身也可以作为位错源－位错移出晶界必须通过坎位错林－所需的应力取决于坎的密度（随晶粒尺寸减小而增）。 可解释纯金属中不存在位错塞积而符合Hall-Petch 公式的情况。;ρ,位错密度 L,是屈服时单位晶界面积上发出的位错的总长度 S,晶粒表面积 V,晶粒体积;位错强化增量公式;K value of different steel;增加形核率, N 减低晶粒生长速度, G;变质处理(Inoculeation) 在浇注前往液态金属中加入形核剂，促进 形成大量的非均匀形核来细化晶粒。 此法用于大型铸件。;等通道转角挤压（ECAP）;高压扭转变形（HPT-- High pressure torsion）;累积叠轧（ARB-- Accumulative roll-bonding ）;动态塑性变形（DPD—Dynamic Plastic Deformation）;动态再结晶控轧（DRCR-- Dynamic recrystallization rolling/extrusion ） 应变诱导铁素体相变（DIFT-- Deformation induced transformation ）;Revealing the Maximum Strength in Nanotwinned Coppe